專(zhuān)利名稱(chēng)：用源測(cè)量單元進(jìn)行的低頻阻抗測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及阻抗、并且特別是低頻下的高阻抗的測(cè)量。
背景技術(shù)：
非常高的阻抗的測(cè)量可能引起困難。這是因?yàn)樗婕暗淖杩谷绱舜螅灾掠谑┘?于被測(cè)試設(shè)備(DUT)的電壓非常大和/或結(jié)果得到的電流非常小。例如，使用過(guò)高的電壓 可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或者甚至起弧。在電容的情況下，低頻使該問(wèn)題加劇，因?yàn)樽杩古c頻率反 相關(guān)。
源測(cè)量單元(SMU)由于其非常準(zhǔn)確地發(fā)出(source) DC電壓信號(hào)并測(cè)量結(jié)果得到 的DC電流信號(hào)或者反之亦然的能力而在精密DC電測(cè)量領(lǐng)域中眾所周知。例如，可獲得能 夠選擇性地發(fā)出從微伏或以下至千伏或以上的DC電壓并測(cè)量從阿(托)安或以下至安或 以上(或反之亦然)的DC電流的SMU。在DC測(cè)量體系中，這允許極高的阻抗的測(cè)量(即R = V/I)。發(fā)明內(nèi)容
一種用于測(cè)量具有小于I pF的電容的DUT的阻抗的方法包括向DUT施加電壓或 電流信號(hào)，該電壓或電流信號(hào)包括具有小于I kHz的非零頻率的AC分量；響應(yīng)于該電壓或 電流信號(hào)分別地監(jiān)視通過(guò)DUT的電流或電壓信號(hào)；同步地將電壓信號(hào)和電流信號(hào)數(shù)字化； 以及根據(jù)數(shù)字化電壓和電流信號(hào)來(lái)計(jì)算阻抗。


圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明的一方面的測(cè)量配置的示例的示意圖；圖2是用于執(zhí)行本發(fā)明的另一方面的測(cè)量配置的另一示例的示意圖；以及 圖3是用于執(zhí)行本發(fā)明的又一方面的測(cè)量配置的又一示例的示意圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1，測(cè)量配置10包括被連接到被測(cè)試設(shè)備(DUT) 30的理想化源測(cè)量單元 (SMU)12的示例。可調(diào)整電壓源14向運(yùn)算放大器16的非反相輸入端提供電壓％。由電阻 器18 (R)提供的反饋環(huán)路迫使運(yùn)算放大器16的反相輸入端也為V1的值。請(qǐng)注意，反饋環(huán) 路也是通過(guò)DUT 30的電流I的源。結(jié)果，跨電阻器18的電壓降與通過(guò)DUT 30的電流成比 例(即 Vk = IR 或 I = VK/R)。
緩沖放大器20向控制和測(cè)量部22提供電壓V1的緩沖形式(其為跨DUT 30的電 壓的值)，并且緩沖放大器24將電壓Vr的緩沖形式作為通過(guò)DUT 30的電流的(以R)縮放形 式提供給控制和測(cè)量部22?？刂坪蜏y(cè)量部22還控制可調(diào)整電壓源14的期望值V1。
控制和測(cè)量部22包括測(cè)量電壓V1和電流I的值的能力，包括使值數(shù)字化。控制 和測(cè)量部22還控制可調(diào)整電壓源14的期望值％。
雖然本質(zhì)上是DC設(shè)備，但SMU 12確實(shí)幸運(yùn)地包括調(diào)整可調(diào)整電壓源14的值V1 的能力。在SMU 12的反饋環(huán)路的帶寬約束內(nèi)，可以由控制和測(cè)量部22來(lái)周期性地改變V1 的值以產(chǎn)生AC信號(hào)。通常，SMU 12的帶寬極限是I kHz或以下。這允許SMU 12發(fā)出例如 IkHz或以下的相應(yīng)正弦AC電壓信號(hào)。
為了測(cè)量在這些低頻下主要具有小電容(例如I PF或以下)的DUT 30的阻抗，向 DUT 30施加周期性變化的電壓信號(hào)V1并監(jiān)視通過(guò)DUT 30的電流信號(hào)I?？刂坪蜏y(cè)量部22 同步地使電壓信號(hào)和電流信號(hào)數(shù)字化以便可以計(jì)算DUT 30的阻抗。這是復(fù)數(shù)值，其例如不 僅包括電容分量而且還可以包括非理想電容設(shè)備特有的電阻分量。
在IkHz頻率、I PF電容和標(biāo)稱(chēng)I kV電壓信號(hào)的情況下，電容阻抗將約為160兆歐 姆且電流將約為6微安?？紤]到SMU 12可以能夠測(cè)量阿(托)安，可以看到在不利用過(guò)大電 壓的情況下能夠測(cè)量低得很多的頻率和高得很多的阻抗。
控制和測(cè)量部22能夠有利地使用諸如常常使用快速傅立葉變換(FFT)算法實(shí)現(xiàn) 的離散傅立葉變換(DFT)這樣的技術(shù)根據(jù)數(shù)字化電壓和電流來(lái)計(jì)算阻抗。
在實(shí)際操作中，測(cè)量配置10可能略微受到與DUT 30并聯(lián)的雜散阻抗(例如SMU輸 出阻抗、電纜漏泄、測(cè)試和固定阻抗)損害。參考圖2，用使用兩個(gè)SMU 12、12’的測(cè)量配置 10’，能夠獲得改善的性能。
SMU 12向DUT 30施加AC電壓分量，而SMU 12’提供AC分量在其頂部上的DC偏 置電壓信號(hào)。這迫使流過(guò)DUT的所有AC信號(hào)返回到SMU 12’中。因此，跨DUT測(cè)量的電壓 和由SMU 10’測(cè)量的電流能夠被用作從DUT 30阻抗得到的信號(hào)的準(zhǔn)確表示。各控制和測(cè) 量部22、22’相互通信，并且再次地，可以使用DFT來(lái)進(jìn)行阻抗計(jì)算?？鏒UT 30的電壓是 V11-V22,而通過(guò)DUT 30的電流是VK2/R2。
可以將圖2的配置擴(kuò)展成提供同時(shí)的多引腳電容測(cè)量。例如，參考圖3，SMU 12能 夠用來(lái)向DUT 30’提供AC電壓信號(hào)分量，而SMU 12’、12’’和12’’’每個(gè)能夠提供用于DUT 30’上的各測(cè)試點(diǎn)的DC偏置并測(cè)量在SMU 10與各測(cè)試點(diǎn)之間的通過(guò)DUT 30’的電流。各 SMU控制和測(cè)量部被互連(A)。然后能夠如上所述地計(jì)算各阻抗。
應(yīng)注意的是，由于電壓和電流的對(duì)偶性，作為施加電壓并測(cè)量電流的替代，可以施 加電流并測(cè)量電壓以產(chǎn)生DUT的阻抗的測(cè)量。SMU在此類(lèi)應(yīng)用中特別有用，因?yàn)槠浔辉O(shè)計(jì)成 可互換地發(fā)出電壓并測(cè)量電流或發(fā)出電流并測(cè)量電壓。
應(yīng)顯而易見(jiàn)的是本公開(kāi)是以示例的方式且在不脫離包含在本公開(kāi)中的講授內(nèi)容 的合理范圍的情況下可以通過(guò)添加、修改或刪除細(xì)節(jié)來(lái)進(jìn)行各種改變。因此，本發(fā)明不限于 本公開(kāi)的特定細(xì)節(jié)，除在以下權(quán)利要求必須受此限制的意義上之外。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量具有小于1 PF的電容的DUT的阻抗的方法，所述方法包括向所述DUT施加電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)包括具有小于1 kHz的非零頻率的AC分量； 響應(yīng)于所述電壓信號(hào)來(lái)監(jiān)視通過(guò)所述DUT的電流信號(hào)；同步地使所述電壓信號(hào)和所述電流信號(hào)數(shù)字化；以及 根據(jù)所述數(shù)字化電壓和電流信號(hào)來(lái)計(jì)算所述阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電壓信號(hào)是由至少一個(gè)源測(cè)量單元產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，由所述源測(cè)量單元來(lái)使所述電壓信號(hào)數(shù)字化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由至少一個(gè)源測(cè)量單元來(lái)監(jiān)視所述電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，由所述源測(cè)量單元來(lái)使所述電流數(shù)字化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由至少一個(gè)源測(cè)量單元來(lái)執(zhí)行所述數(shù)字化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計(jì)算包括由控制器執(zhí)行的FFT或DFT計(jì)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電壓信號(hào)是由源測(cè)量單元產(chǎn)生的且所述電 流信號(hào)被所述源測(cè)量單元監(jiān)視。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述AC分量是由第一源測(cè)量單元產(chǎn)生的且所述 電流信號(hào)被第二源測(cè)量單元監(jiān)視。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二源測(cè)量單元向所述電壓信號(hào)添加DC偏 置電壓。
11.一種用于測(cè)量具有小于1 PF的電容的DUT的阻抗的方法，所述方法包括施加通過(guò)所述DUT的電流信號(hào)，所述電流信號(hào)包括具有小于1 kHz的非零頻率的AC分量;響應(yīng)于所述電流信號(hào)來(lái)監(jiān)視跨所述DUT的電壓信號(hào)；同步地使所述電壓信號(hào)和所述電流信號(hào)數(shù)字化；以及 根據(jù)所述數(shù)字化電壓和電流信號(hào)來(lái)計(jì)算所述阻抗。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述電流信號(hào)是由至少一個(gè)源測(cè)量單元產(chǎn)生的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，由所述源測(cè)量單元來(lái)使所述電流信號(hào)數(shù)字化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，由至少一個(gè)源測(cè)量單元來(lái)監(jiān)視所述電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，由所述源測(cè)量單元使所述電壓數(shù)字化。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，由至少一個(gè)源測(cè)量單元來(lái)執(zhí)行所述數(shù)字化。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述計(jì)算包括由控制器執(zhí)行的FFT或DFT計(jì)笪o
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述電流信號(hào)是由源測(cè)量單元產(chǎn)生的且所述 電壓信號(hào)被所述源測(cè)量單元監(jiān)視。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述AC分量是由第一源測(cè)量單元產(chǎn)生的且所 述電壓信號(hào)被第二源測(cè)量單元監(jiān)視。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述第二源測(cè)量單元向所述電流信號(hào)添加DC 偏置電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用源測(cè)量單元進(jìn)行的低頻阻抗測(cè)量。一種用于測(cè)量具有小于1pF的電容的DUT的阻抗的方法包括向所述DUT施加電壓或電流信號(hào)，所述電壓或電流信號(hào)包括具有小于1kHz的非零頻率的AC分量；響應(yīng)于所述電壓或電流信號(hào)來(lái)分別地監(jiān)視通過(guò)所述DUT的電流或電壓信號(hào)；同步地使所述電壓信號(hào)和所述電流信號(hào)數(shù)字化；以及根據(jù)所述數(shù)字化電壓和電流信號(hào)來(lái)計(jì)算所述阻抗。
文檔編號(hào)G01R27/02GK103063920SQ20121030020
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者G.索博列夫斯基 申請(qǐng)人:基思利儀器公司